Интеллектуальные счетчики, интеллектуальная сеть, экологичный город

 

Авторы

Кураиши А. Ариф (Quraishi A. Arif), Директор регионального подразделения по решениям в сфере энергетики Johnson Controls, Inc.

Зигерт Деннис (Siegert Dennis), Менеджер отдела решений для муниципальных предприятий Johnson Controls, Inc.

 

    Истинная ценность концепции интеллектуальной сети для муниципальных предприятий заключается не только в наличии технологий измерения и повышения эффективности управления системами. Ключевым звеном здесь является коммуникационная сеть, которая делает возможной саму реализацию указанной концепции, а также создает условия для массового предоставления новых услуг, притока инвестиций, ускорения экономического роста и непосредственного участия граждан в улучшении условий жизнедеятельности посредством экологичных решений.
    Джойс Смит (Joyce Smith), мэр города Элмвуда, недавно подавляющим большинством голосов была переизбрана на второй срок. Проект по строительству интеллектуальной сети, который она запустила совместно с муниципальным советом, за прошедшие четыре года помог стабилизировать цены на водоснабжение и электроэнергию, а также снизить величину налога на собственность.
    Все жилые здания и школы получили доступ к дешевому беспроводному широкополосному Интернету по сети, принадлежащей городу. Повысилась эффективность работы городских служб (полиции, пожарных, общественных организаций, муниципальных компаний) и улучшился обмен информацией между ними. Город заслужил похвалу властей за сокращение расхода энергии и воды, уменьшение выбросов углекислого газа и выполнение программ социальной поддержки и общественного участия, способствующих прогрессу.
    Началось вовлечение торгово-промышленных компаний в процесс освоения новых технологий. Население увеличивается, и опросы показывают, что граждане довольны деятельностью городских структур. Проект интеллектуальной сети почти не потребовал предварительных капитальных затрат —– фактически благодаря ему город ежегодно сможет экономить по 50 тыс. долл. в течение следующих 15 лет. Очередной этап проекта, реализуемый в данный момент, обещает еще большие экономические выгоды.
    Города Элмвуда со всеми его достижениями в природе не существует, но тем не менее преимущества, которые интеллектуальная сеть предоставляет обществу, очевидны.
    Например, в Камберленде, штат Мэриленд, США, при модернизации инфраструктуры, предпринятой в целях удовлетворения растущих потребностей из-за появления новых компаний и рабочих мест, были вложены немалые средства в интеллектуальную систему, которая способна автоматически считывать показания счетчиков и передавать данные по сети связи, а также обеспечивать доступ к Wi-Fi в масштабах всего города. Эти усовершенствования являются частью проекта стоимостью 3,7 млн долл., который, как ожидается, позволит сберечь на электроэнергии и эксплуатационных расходах около 8 млн долл. в течение следующих 15 лет.
    В Кайахога-Фоллз, штат Огайо, коммунальное предприятие установило новые счетчики воды и электроэнергии, посредством которых стационарная система может автоматически снимать показания. Счетчики электроэнергии (24 тыс. единиц) наделены функцией двунаправленной передачи данных, что в будущем обеспечит внедрение программ управления спросом в торговых и промышленных предприятиях. Общие капитало­вложения в 17,1 млн долл., включая инвестиции в повышение эффективности зданий, позволят в течение 10 лет ежегодно экономить по 2 млн долл.
    Благодаря уже проверенным, описанным или только тестируемым решениям интеллектуальные сети помогут обществу соответст­вовать такому тройному критерию устойчивого развития, как экономическая эффективность, защита окружающей среды и социальная ответст­венность.
    Одним из сторонников интеллектуальных сетей является Джерри Смоллехане (Gerry Smallegange), президент и исполнительный директор компании Burlington Hydro Electric Inc. (Онтарио). В опубликованной в журнале Municipal World статье он отметил: власти города Бар­лингтона, основного акционера Burlington Hydro, «разделяют мнение, что крепкая и прогрессивная муниципальная компания, инвестирующая в интеллектуальные сети и экологичную энергетику, повышает жизнеспособность города».
    Что это означает?
    Термин «интеллектуальная сеть» интерпретируют настолько свободно, что основной его смысл практически теряется. Данная концепция появилась в электроэнергетике и относится к системам, в которых интеллектуальное управление и автоматизация объединены в рамках автоматизированной энергосистемы, обеспечивающей более безопасную, надежную, экономичную, эффективную и экологичную подачу электроэнергии.
    Важной частью интеллектуальной концепции является заинтересованность потребителей, получающих доступ к рынку электроэнергии и возможность регулировать энерго­снабжение в зависимости от объема генерации и использования электроэнергии, в своей выгоде и выгоде общей энергосистемы.
    С точки зрения муниципальной компании концепция интеллек­ту­альной сети легко применима для сфер энерго-, газо- и водоснабжения. Благодаря двунаправленному обмену данными между предприятием и потребителями муниципальная компания может повысить рентабельность эксплуатации своих систем, ­сократить расходы и сдерживать рост цен. В то же время интеллектуальная сеть позволяет абонентам контролировать уровень своего энергопотребления и принимать взвешенные решения о том, когда получать электро­энергию и по какой цене.
    Для понимания сути концепции важно уяснить, что интеллектуальная сеть — это не только инфраструк­тура интеллектуальных счетчиков, с которой ее часто отождествляют. Фактически, рассматривать интеллектуальную сеть только как совокупность «умных» счетчиков — все равно, что воспринимать Интернет как средство для поиска документов и отправки электронных писем.
    Наибольшая ценность интеллектуальной сети может заключаться в проводной или беспроводной сети связи, которая нужна ей для работы. Эта сеть может использоваться и для других общественных целей, перечень которых ограничивается только воображением. Среди них:

  • эффективный обмен данными, помогающий компании улучшить обслуживание населения, и обмен информацией между органами городского управления;
  • контроль и управление разно­образными функциями (обеспечение безопасности, регулировка освещения, соблюдение правил парковки);
  • обмен информацией с населением и его обучение, связь жителей друг с другом и подключение к сети Интернет;
  • сбор и анализ информации для улучшения качества планирования, ценообразования и поддержки потребителей.
    Все это вкупе с экономическими выгодами для потребителей оказывает влияние на принятие решений не только домовладельцами, но и торгово-промышленными компаниями, выбирающими место базирования и возведения новых объектов. Кроме того, наличие интеллектуальной сети может привлечь активные компании и задействовать умы высокообразованных квалифицированных специалистов.
    Проще говоря, современные жители предпочитают город с инфраструктурой, интерфейс которой представляет собой нечто среднее между традиционным ПК и iPad.
    Как это работает?
    Чтобы понять, как функционирует интеллектуальная сеть, достаточно провести простую (не самую лучшую) аналогию с «умными» домами. В таких зданиях системы управления инженерным оборудованием (создания комфортного микроклимата, контроля энергопотребления, обеспечения безопасности людей и защиты информации и т. д.) обмениваются данными друг с другом, а само здание — с внешним миром.
    Далее ПО позволяет системам автоматически оптимизировать уровень расходов в зависимости от поступающих сигналов об изменении погоды или увеличении стоимости электроэнергии. Кроме того, эти системы выводят сведения о производительности на дисплеи (панели управления), помогая персоналу определять возможности снижения расходов и повышения эффективности.
    От отдельных сооружений концепцию интеллектуальных зданий можно «расширить» на весь кампус, а затем перейти к интеллектуальной сети, охватывающей весь город (несмотря на то что динамика меняется, если муниципальное предприятие имеет дело с множеством независимых потребителей).
    Что входит в интеллектуальную сеть?
    Структура интеллектуальной сети и традиционных сетей электро-, газо- и водоснабжения, представляющих собой наборы труб и проводов, требующих непрестанного контроля и в лучшем случае «поддерживающих» одностороннюю передачу данных (посредством счетчиков), сильно отличается.
    Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) дает возможность дистанционно контролировать полевое оборудование, такое как электрические подстанции, водонапорные башни, водохранилища и насосные станции, но обмен информацией с конечным потребителем весьма узок — взаимодействие ограничивается счетчиком.
    Считывание показаний приборов учета должно быть интеллектуальным. Концепция Smart Grid начинается с системы AMR — счетчики автоматически пересылают данные мобильной или стационарной системе, исключая расходы на ручные операции. Следующим шагом является инфраструктура интеллектуальных счетчиков (AMI), которая позволяет энергоснабжающим компаниям собирать больше информации, осуществлять двунаправленный обмен данными с потребителями и даже управлять оборудованием абонентов.
    По большому счету системы AMR/AMI помогают обществу уменьшать расходы и экономить средства, которые затем можно направить на реализацию крупных инициатив, способных привлечь бизнес, создать новые рабочие места и улучшить качество жизни. Экономические выгоды для муниципальных компаний заключаются в точности счетов и своевременности их выставления, оптимизации потока денежных средств, повышении эффективности борьбы с мошенничеством и кражами, а в сегменте водоснабжения — в сокращении времени обнаружения утечек. Все это позволяет снизить затраты, предотвратить повреждение материального имущества и улучшить производительность оборудования.
    Но системы AMR/AMI функционируют благодаря сети связи, что превращает концепцию интеллектуального измерения в концепцию Smart Grid. Даже при скромных инвестициях пропускная способность проводных, волоконно-оптических или беспроводных сетей может легко обеспечить выполнение широкого спектра различных задач. Их перечень может включать:
  • вывод на домашние дисплеи и панели управления информации об энергопотреблении в режиме реального времени. Домо­владельцы могут использовать ее для принятия решений по энергопотреблению или для поиска путей сокращения расходов. Муниципальная компания через сеть может контролировать такие параметры, как характеристики воды или специальные пределы потребления;
  • предоставление широкополосного доступа к сети Интернет домам, школам и офисам;
  • использование звуковых устройств, встроенных в счетчики, для оповещения сети распределения о небольших утечках, локализации неисправности и определения приоритетности ее устранения;
  • контроль бытового энерго- и водопотребления с интервалами не более 15 минут. Это позволит получить представление о структуре потребления почти в реальном времени, что необходимо для повышения эффективности работы и планирования;
  • обеспечение возможности дистанционного отключения кондиционеров воздуха в рамках программы регулирования нагрузки или прекращения электро- и водоснабжения в случае неплатежей (если подобное действие допустимо);
  • управление системами, связанными с трафиком: от систем уличного освещения до счетчиков оплаты парковки;
  • управление системами полива газонов и помощь в соблюдении специальных правил охраны вод­ных ресурсов.
    Кто платит?
    Внедрение интеллектуальных сетей требует средств, что может оказаться проблемой в тяжелые экономические времена. Но как известно передовым муниципальным компаниям, финансовый инструмент под названием «энергосервисный контракт» позволяет проводить значительные и многосторонние усовершенствования без начальных вложений и необходимости поднимать тарифы или налоги.
    В рамках энергосервисного контракта (ESCO) компания реализует серию проектов, направленных на снижение эксплуатационных затрат и расходов на энергию на оговоренную в течение срока контракта величину (от 10 до 15 лет).
    После достижения результата город компенсирует инвестиции за определенный период времени. Ежегодная экономия гарантируется непосредственно энергосервисной компанией: если она за тот или иной год меньше указанной в контракте суммы, энергосервисная компания выплачивает городу разницу. Обычно финансирование построено таким образом, что ежемесячная экономия превышает ежемесячные расходы на инвестиции, следовательно, город получает положительный поток наличности. По истечении контракта после полного покрытия вложенных средств вся экономическая выгода от инвестиций остается у города.
    Инвестиции в системы AMR/AMI и технологии интеллектуальных сетей обычно имеют привлекательные сроки окупаемости, что служит первостепенным фактором при заключении контрактов на повышение эффективности. Для максимальной экономической рентабельности эти проекты могут быть объединены с другими, такими как модернизация систем освещения, автоматизация систем управления, установка высокоэффективных водогрейных котлов, бензиновых и электрических двигателей на станциях водоподготовки и в городских зданиях.
    Кроме того, перечень усовершенствований может включать даже проекты с большим сроком окупаемости, наподобие замены окон в зданиях, которые в противном случае сами по себе никогда бы не оправдали затрат.
    Кто делает это хорошо?
    Города Камберленд и Кайахога-Фоллз — наглядный пример непосредственного получения прибыли от реализации концепции интеллектуальной сети и потенциала Smart Grid.
    Контракт на повышение эффективности на сумму 3,7 млн долл., ­заключенный городом Камберленд, связал проекты в области энергетики (модернизация систем наружного освещения и зданий, ОВИК и привязка систем управления инженерным оборудованием здания к по­годе) и программы разработки AMR/AMI, которые предполагают оснащение передатчиками примерно 9 тыс. бытовых счетчиков воды.
    В рамках проекта для создания беспроводной сети связи будут запущены две базовые шлюзовые станции, региональный сетевой интерфейс и шесть ретрансляционных станций. Кроме того, появится несколько узлов для общегородской сети Wi-Fi, услуги которой для населения будут гораздо дешевле, чем для компаний.
    Джэф И. Рэпп (Jeff E. Repp), представитель городской администрации, сказал, что сеть Wi-Fi, возможно, не окупилась бы без включения в крупный контракт на повышение эффективности. Жители смогут бесплатно входить в сеть в течение нескольких минут в день или выбирать тарифы на день, неделю, месяц, квартал или год.
    Уже сейчас без рекламной поддержки сеть Wi-Fi имеет достаточно пользователей, чтобы себя окупать, при этом весной 2011 г. город планирует развернуть рекламную кампанию, которую проведут студенты близлежащего Фростбургского государственного университета. С ростом числа пользователей прибыль будет направляться в фонд реинвестирования для обслуживания и обновления существующих систем.
    «Наша цель — предоставить жителям города дешевый доступ к ­сети Интернет, который бы покрывал затраты. Если это будет приносить достаточный доход, мы сможем направить в основной фонд некоторую сумму, которую используем на другие городские нужды. Мы рассматриваем сеть Wi-Fi как достояние нашего общества, в будущем она станет одной из важнейших и продаваемых услуг, которые мы предложим компаниям, базирующимся в Камберленде».
    Сеть Wi-Fi — это также новый канал обмена новостями с жителями города: от изменений, происходящих в водоснабжающей компании, до обычных сообщений. В то же время повышение энергоэффективности соответствует ожиданиям и подтверждает стремление города быть экологически чистым.
    В Кайахога-Фоллз намерены заменить в общей сложности 42 тыс. счетчиков (18 тыс. водяных и 24 тыс. электрических) и создать надежную беспроводную систему AMR/AMI. К непосредственным выгодам можно отнести сокращение работ по считыванию показаний приборов и ­выставлению счетов, устранение непопулярного способа расчета энергопотребления в соответствии с предполагаемым уровнем, повышение точности счетов и стабилизацию потока наличности.
    В перспективе город планирует использовать двунаправленную сеть связи, которой оснащены счет­чики электроэнергии, для решения нескольких задач. «Мы надеемся, что эта система поможет нам сотрудничать с торговыми и промышленными предприятиями в сфере управления энергопотреблением, — отметила Валери Вакс Карр (Valerie Wax Carr), директор по обслуживанию. — Мы хотели бы составить график их энергопотребления, показать, где находятся пики, и разработать схемы по уменьшению ­потребления и его смещению в сторону непиковых периодов с более дешевой электроэнергией. Городу это тоже будет выгодно, так как с сокращением энергопотребления мы можем снизить объемы энергозакупок».
    Переходя к следующему уровню, город должен активировать панель управления на базе веб-технологий, используя которую все потребители смогут войти в систему под своим идентификационным номером, посмотреть уровень своего энергопотребления в режиме реального времени и на основе этой информации скорректировать свои привычки. В долгосрочном периоде технологии измерения позволят городу автоматизировать процесс управления спросом для всех желающих.
    Кроме того, благодаря системе измерения город будет определять масштабы перебоев в элект­роснабжении и быстро его восстанавливать, дистанционно отключать подачу электроэнергии за неуплату и мгновенно считывать показания датчиков (например, для выстав­ления счета жителям, которые собираются переезжать и поэтому ­отказываются от обслуживания). Если говорить о водоснабжении, то система способна находить неисправности, например утечки, что повышает эффективность управления городскими ресурсами и скорость уведомления жителей о проведении технических работ, если это необходимо.
    Каков следующий шаг?
    Концепция интеллектуальной сети и соответствующие технологии позволяют муниципальным компаниям эффективно работать, поддерживать конкурентоспособность, улучшать качество обслуживания потребителей и даже обновлять город.
    Как заметил Д. Смоллехане из Burlington Hydro Electric, «развитие интеллектуальных сетей имеет непосредственное отношение к теории разумного роста, поощряя именно те типы инноваций, которые откроют двери образцовым компаниям и пригородным центрам с низким выбросом углекислого газа, одновременно способствуя появлению экономических зон для таких сфер, как экологичная энергетика, разработки и исследования, производство и проектирование».
    Пришло время создавать технологии интеллектуальных сетей и просить помощи у компаний, имеющих опыт успешной реализации подобных проектов.